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interessanter Energievergleich

Leistung, Arbeit, Energie

13.06.2009 JB - Leistung ist ein Momentanwert. Eine Kaffemaschine hat z.B. eine (momentane) Leistungsaufnahme von 800 Watt. Arbeit und Energie sind praktisch identisch, jedoch immer auf die Zeit bezogen. Eine Kaffemaschine mit einer Leistungsaufnahme von 800 Watt würde, wenn sie z.B. eine Stunde lang ununterbrochen Kaffee kochen müsste, ziemlich genau 800 Watt Stunden verbrauchen. Das sind 0,8 kwh, und bei einem momentanen Preis von rund 20 Cent also ein Kostenaufwand für den Strom von 16 Cent.

Zum Verständnis von Leistung und Arbeit

Leistung: Ein Generator kann angenommen eine (Spitzenleistung) von 5 kW liefern. Das bedeutet, das dieser Generator, wenn er mit einer ausreichenden Kraft angetrieben wird, einen Verbraucher der eine Aufnahmeleistung von 5 kw hat, mit ausreichend Strom versorgen kann. So lange der Generator ausreichend angetrieben wird, wird auch der Verbraucher ausreichend mit Strom versorgt. Dieser Strom kann dann benutzt werden, diverse Verbraucher mit Strom zu versorgen - z.B. einen Computer zum spielen eines komplexen Poker DE Spieles, oder im einfachsten Fall nur für eine Beleuchtung. Hier läuft der Generator lediglich an seiner (Leistungs)Grenze, da er ja eine Spitzenleistung von 5 kW hat, und diese aktuell auch abliefern soll.

Arbeit: Wenn dieser Generator eine Stunde die obige Leistung geliefert hat, dann spricht man von einer Arbeit, und zwar in diesem Fall von einer Arbeit von 5 kwh. Wäre er (nur) eine halbe Stunde mit ausreichender Kraft angetrieben worden, hätte er 2,5 kwh erzeugt.

Der Mensch und seine Leistung/Arbeit/Energie

Wir nehmen in diesem anschaulichen Beispiel an, dass ein durchschnittlicher Mensch täglich ca. 1700 kcal an Nahrungsenergie zu sich nehmen muss (Energiebedarf, Kalorienbedarf). Es gibt verschiedene Formeln den Energiebedarf eines Menschen zu berechnen. Als Daumenwert rechnet man Körpergewicht x 24. Da Energie (in kcal) auch in andere Einheiten umgerechnet werden kann, rechen wir nun um von kcal nach Watt. Dies hilft uns (sehr) zum Verständnis. 1 kcal entspricht genau 0,001163 kWh. So kommen wir auf ca. 1,97 kwh Energiebedarf eines Menschen. Dies ist der durchschnittliche Tagesbedarf. 1,97 kwh entspricht also ca. 1700 kcal. Ein Roboter von der Größe eines Menschen, und dem Gewicht eines Menschen, würde also bei normaler Tätigkeit min. auch ca. 1,97 kwh elektrische Energie(Arbeit) benötigen, pro Tag. Übrigens, ein Mensch gibt fast die vollständige Energie wieder in Form von Wärme ab! Somit könnte der Roboter ggf. auch mit deutlich weniger Energie auskommen. Das ist auch der Grund, warum wir Menschen so viel Energie zu uns nehmen müssen, nur um Leben zu können. Und das ist auch der Grund, warum Kaltblüter (oder Winterschläfler) so lange mit so extrem wenig Energie auskommen können - sie produzieren keine, oder so gut wie keine Wärme!

Wieviel leistet ein Mensch?

Ein Mensch nimmt also ca. 1,97 kWh Energie täglich zu sich. Das meiste davon gibt er als Wärme ab. Wenn ein Mensch körperlich stark arbeiten muss, produziert er noch mehr Wärme. Damit diese Wärme abgeführt werden kann, schwitzt der Mensch. Doch wie viel Arbeit (= Energie) kann ein Mensch leisten? Nun, dieser Wert variert natürlich auch von Mensch zu Mensch. Wer gut trainiert ist, leistet mehr, er braucht dann aber freilich auch mehr "Eingangsleistung", also mehr Kcal. Wenn man nun z.B. mittels einer Fahrradtechnik einen elektrischen Generator antreiben würde, so könnte man pro Stunde ca. 50 W (= 50 Wh) produzieren. Ich denke ein normal trainierter Mensch würde dabei noch nicht ins Schwitzen kommen.

Die Windkraftanlage im Vergleich dazu

Um sich mal vorstellen zu können, welche unglaublich große Leistung der Wind hervorbringt, z.B. in dem er einen großen Rotor einer Windkraftanlage antreibt, der wieder einen elektrischen Generator antreibt, und wieviele Menschen wie lange arbeiten müssen, um die gleiche Arbeit zu leisten, stelle ich diesen Vergleich hier an.

Ein "normales" Windrad (also EIN Turm), der bringt normalweise je nach Größe eine Nennleistung von 1 MW. 1 MW = 1000 kw. Wenn der Wind nun 1 Stunde so stark weht, dass diese Windkraftanlage Nennleistung erreicht, so wird 1 MWh (1000kwh) Strom erzeugt. Das sind 20.000 mal mehr als ein Mensch (in obigem Beispiel) in einer Stunde leisten kann! Somit sind 20000 Personen nötig, um bei normaler Anstrengung die gleiche Arbeit zu leisten, wie eine Windkraftanlage!

Diese Leistung, bzw. ganz exakt ist es keine Leistung, sondern eine Arbeit, weil der Faktor Zeit da mit einfliesst, bringt die Windkraftanlage schon bei "nur" ca. 10 m/s Windgeschwindigkeit. Das ist Windstärke 6 ca. grob geschätzt. Also noch einmal; eine Stunde mit ca. Windstärke 6 bedeutet ca. 1 MWh (1000 kwh) elektrischer Strom von diesen einen Turm, von diesen einen Windrad.

Wenn so ein Windrad also nur ca. 4 Stunden läuft, hat es so viel Strom erzeugt, wie ein normaler 4 Personen Haushalt in einem ganzen Jahr benötigt, nämlich rund 4000 kwh! Denn 1 Windrad a 1 MW bei 4 Stunden Nennleistung sind genau 4 MWh = 4000 kWh.

Das leistet ein Leistungssportler

Und auch das sollte man sich vor Augen halten; ein Leistungssportler hat eine (Spitzen) Leistung (Momentanleistung) von rund 500 Watt. Wenn er also eine Stunde Sport macht, hat er "nur" 500 Wh. erzeugt. Er müsste also 8000 Stunden (also das ganze Jahr rund um die Uhr, ohne Erholung, ohne schlafen) Sport machen, um den Strom in einen 4 Personen Haushalt (4000 kwh) erzeugen zu können! Er müsste also 8000 Stunden rund um die Uhr mit voller Anstrengung einen Generator antreiben, um so viel Strom erzeugen zu können, wie eine Windkraftanlage in 4 Stunden erzeugt! 8000 Stunden, wie viel ist das? Nun, es ist ziemlich genau ein Jahr!

Spinnen wir es noch weiter!

Gehen wir mal davon aus, dass ein normal trainierter Mensch max. die halbe Leistung eines Leistungssportlers schafft. Vermutlich schafft er nur 25 % der Leistung. Dann bräuchte man 2, bzw. 4 Personen. Also müssten alle 4 Personen eines (4 Personen) Haushaltes (der ja rund 4000 kwh elektrischen Strom pro jahr benötigt) ständig einen Generator antrieben (per Fahrad z.B.) nur um Ihren eigenen Strom erzeugen zu können. Dabei wäre freilich keine Zeit mehr für Erholung, Freizeit, schlafen. Das dies ein Paradoxum ist, ist auch klar, denn in dem Fall können die Personen ja Ihren Strom gar nicht selber verbrauchen, einfach weil sie keine Zeit dazu haben. Das Beispiel veranschaulicht aber deutlich, was Leistung und Arbeit eigentlich ist, und das wir (Menschen) uns dessen gar nicht bewusst sind. Wären wir uns dessen bewusst, wir würden viel sorgsamer damit umgehen!

Noch ein bischen weiter spinnen:-)

Wenn man nun noch weiter "spinnen" würde, was dann? => Der Preis einer Windkraftanlage ist dann plötzlich nicht mehr teuer, sondern superturbobillig. Denn eine solche Anlage, welche 4000kwh Strom erzeugen kann (pro Jahr), kostet ja "nur" rund 20000,- bis 25000,- Euro, je nach Hersteller und Eigenleistung beim aufbauen.

Achtung, das ist nicht der Preis für eine große Windkraftanlage, wie Sie sie kennen, sondern für eine kleine Windkraftanlage, die sie z.B. in Ihrem Garten aufstellen können, und die eben rund 4000 Kwh elektrischen Strom pro Jahr erzeugt. Eine solche Anlage hat grob geschätzt eine Rotorfläche von ca. 20 - 25 qm! Das ist also keine kleine Anlage für den kleinen Garten, sondern schon eine etwas größere, die auch auf einen Turm von ca. min. 25 Meter Höhe montiert werden müsste. Der Rotordurchmesser würde ca. 6 Meter betragen!

Weiter: Wieviel Geld müsste denn der Leistungssportler verdienen, wenn er ein Jahr lang diese Arbeit erbringt? Berücksichtigt werden müsste hierbei ja noch, dass der Leistungssportler jedes Jahr dieses Geld erhalten müsste, während die Windkraftanlage (WKA) ja nur ein mal so viel kostet, und dann üblicherweise min. 10 bis 15 Jahre problemlos läuft. Selbst wenn nach einigen Jahren ein Wechselrichter ausfällt, oder andere Reparaturen fällig sind, und keine Garantie greift, sieht die Gesamtbilanz immer noch phantastisch aus....

...praktisch genausogut ist übrigens die Energiebilanz einer Photovoltaikanlage (Umwandeln von Licht in Strom). Alle Energieerzeugungskonzepte, welche kein Geld für die Energiezufuhr (Treibstoff) verschlingen, haben deswegen eine so gute Energiebilanz. Man muss nur einmal das Geld investieren, und hat fortan keine, oder keine nennenswerten Betriebskosten mehr :-)

Deswegen; setzen Sie auf alternative Energie!

Beste Grüße
Jürgen Blumenkamp

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